- 화학연 및 3개 기업, 고용량 이차전지 음극재 탄소복합소재 생산 협력

제조된 고용량 음극재의 특성평가를 위해 코인셀을 조립 중인 임지선 박사 연구팀.[한국화학연구원 제공]
제조된 고용량 음극재의 특성평가를 위해 코인셀을 조립 중인 임지선 박사 연구팀.[한국화학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 전 세계적으로 전기차의 주행거리 향상 경쟁이 치열해지고 있는 가운데, 국내 연구진과 기업들의 협업을 통해 고용량 음극재 생산을 추진한다.

한국화학연구원은 관련 기술을 이전받은 (주)에스제이신소재, 서해그린화학(주), (주)스마트코리아 등 3개 기업이 고용량 이차전지 조기 상용화를 목표로 기존 대비 효율이 극대화된 음극재 생산을 앞두고 있다고 18일 밝혔다.

3개 기업은 화학연에서 이전 받은 기술로 각각 개발·생산하던 소재를 활용해 하나의 상용품을 개발하기로 합의했다. 이번 업무협약에서 화학연은 각사의 소재 경쟁력을 결집하는 민간주도 혁신성장의 디딤돌 역할을 수행한다는 점에서 의미가 크다.

이 소재의 개발로 최근 전기자동차의 해결과제인 장거리 주행을 위한 고용량 배터리 및 고용량에 따른 안전성 해결에 핵심 소재를 제공, 국내 전기자동차 배터리 경쟁력 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이번에 생산 예정인 고용량 음극재 생산 기술은 상충 관계에 있는 ▷주행거리 관련 ‘배터리 고용량’ 문제 ▷고용량에 따른 ‘안전성’ 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 기술로써, 화학연에서 최초로 상용화를 달성한 기술이다. 연구팀은 다공성 탄소소재 각각의 기공에 기존 흑연 음극재(평균 370 mAh/g) 대비 약 5배 이상 용량에 해당하는 실리콘을 성장시켰다. 이를 통해 고용량화 달성과 동시에, 배터리 폭발사고 등의 안전성 문제를 해결할 수 있다.

제조된 고용량 음극재의 전기화학 특성평가를 위한 실험 모습.[한국화학연구원 제공]
제조된 고용량 음극재의 전기화학 특성평가를 위한 실험 모습.[한국화학연구원 제공]

효율적인 상용화를 위해 화학연으로부터 기술을 이전 받은 3개 기업이 역할을 분담해 진행한다. 서해그린화학과 스마트코리아가 코팅용 피치와 피치계 다공성 탄소소재를 각각 생산해 공급하고, 에스제이신소재에서는 이를 공급받아 고용량 음극재를 최종 생산한다.

이번 업무협약을 통해 피치계 다공성 탄소소재를 새롭게 디자인하고 실란가스 기반 실리콘 성장을 최적화시켜, 기존 흑연계 음극재 대비 5배 이상 용량을 향상시키고 충전 시 실리콘 부피팽창에 따른 안정성 문제를 해결할 수 있는 소재를 공급할 계획이다.

한국화학연구원 임지선 박사 연구팀은 2018년 서해그린화학에 석유계 잔사유 기반 피치, 2020년 스마트코리아에 피치계 전도성·다공성 탄소소재 및 2022년 에스제이신소재에 실리콘계 음극재용 탄소소재 제조 기술을 이전한 바 있다.

이차전지용 시장선도형 핵심소재 상용화를 위한 업무협약식 참석자들이 포즈를 취하고 있다.[한국화학연구원 제공]
이차전지용 시장선도형 핵심소재 상용화를 위한 업무협약식 참석자들이 포즈를 취하고 있다.[한국화학연구원 제공]

한편 화학연에서는 3개 기업에 이전된 기술을 활용하여 생산된 각각의 소재가 하나의 음극재로 구성될 수 있도록 원내 프로그램을 통한 기술지원, 성능 및 수율 향상에 대한 현장자문을 수행할 예정이다.

이 소재의 개발로 기존 흑연 음극재 대비 약 5배 이상의 용량 구현이 가능하고 실리콘 부피 팽창에 대한 안정성이 30% 이상 우수하여 전기차용 배터리 분야의 시장을 선도할 수 있을 것으로 예상된다.

이미혜 한국화학연구원 원장은 “이번 MOU를 통해 기술이전을 받은 기업 간의 공급-수요망 확보 및 시장 경쟁력 강화의 우수 사례로써, 이번 성과가 전기차용 이차전지 사업에 시장선도형 소재가 될 수 있는 초격차 기술로 자리매김하기를 기대한다.”고 말했다.


nbgkoo@heraldcorp.com